Các lò xo nhẹ nhất là gì?


11

Tôi tự hỏi liệu có một lò xo đủ mạnh và đủ nhẹ để làm phồng một lớp màng kín để nó nổi ở Tiêu chuẩn & Áp suất.

Ví dụ, một hình trụ 10cm sẽ thay thế chỉ dưới 1 gram không khí, nhưng một lò xo hình trụ sẽ phải chống lại 162kg lực khí quyển trong cấu hình đó. Có một thứ như một lò xo hình trụ 162kg 10cm nặng chưa đến 1 gram?

Nhưng đó chỉ là một thiết kế mùa xuân. Tổng quát hơn, những thiết kế mùa xuân cung cấp tỷ lệ / trọng lượng cao nhất? Các giới hạn thực tế hiện nay về tốc độ lò xo so với khối lượng mùa xuân, và sử dụng vật liệu gì?


Tôi không chắc là tôi hoàn toàn hiểu câu hỏi của bạn. Bạn nói về một "cilinder 10cm" và lượng không khí (thể tích) nó thay thế, nhưng không phải tất cả các kích thước đều được đưa ra. Và 162kg đó đến từ đâu? Nếu bạn có thể thêm một bản vẽ, nó sẽ giúp rất nhiều.
Vladimir Cravero

Tôi nghĩ rằng OP có thể đang nói về lò xo (trong chân không) tác dụng lực lên màng, do đó làm tăng thể tích của hệ thống màng lò xo, khiến toàn bộ hệ thống nổi đủ để trôi nổi trong không khí.
Hồ tháng ba

@VladimirCravero: Xi lanh 10cm có đường kính 10cm và cao 10cm. 162kg đến từ áp suất khí quyển tiêu chuẩn ~ 1.033 kg / cm2 trên bề mặt trên và dưới của xi lanh, nằm trên kích thước có thể nén duy nhất trong hệ thống được mô tả. MarchHo: hoàn toàn chính xác!
dạo

1
Không phải khá rõ ràng rằng khí heli khá hiệu quả trong việc này sao? Ngoài ra, tôi không hiểu câu hỏi. Những vật liệu cứng, nhưng không trọng lượng là "hình trụ" của bạn được làm bằng gì?
Dave Tweed

2
Vâng, có một câu trả lời cho câu hỏi này, ít nhất là từ quan điểm kỹ thuật ngày nay: Không - Nhưng một chi tiết phải giải thích tại sao. Các câu hỏi con, đó là mùa xuân nhẹ nhất với k cao nhất là được.
John HK

Câu trả lời:


3

Tôi biết câu hỏi của bạn là về lò xo, nhưng tôi không nghĩ rằng lò xo là câu trả lời cho ứng dụng mong muốn của bạn.

Như bạn đã đề cập, lực bên trong từ áp suất không khí rất lớn, do đó, bạn không chỉ cần một lò xo mạnh mà còn cần một vật liệu cho tấm panel nhẹ và có thể chịu được các lực đó. Ngoài ra, bạn sẽ cần phải sơ tán không khí thấm qua vật liệu ở cấp độ phân tử. Có nhiều lý do tốt để máy bay nhẹ hơn không khí sử dụng khí mật độ thấp bên trong khinh khí cầu:

  1. Không có yêu cầu cho các vật liệu đặc biệt mạnh và nhẹ.
  2. Không có chênh lệch áp suất (hoặc rất thấp) giữa bên trong và bên ngoài, và do đó không có xu hướng khí thoát ra ngoài hoặc khí quyển ngấm vào.

Bạn có thể thích đọc bài viết trên Wikipedia về khí cầu chân không , đặc biệt là phần về các ràng buộc vật liệu . Điều này cho thấy bằng chứng rằng ngay cả khi sử dụng một hình dạng mạnh (hình cầu rỗng) làm bằng kim cương, áp lực quá lớn để cấu trúc có thể chịu được một khi bạn làm mỏng nó xuống đủ nhẹ để trở nên nổi.

Thuyền bay

Cho rằng trong những điều kiện lý tưởng này là không thể, dường như không thể có một lò xo trong khinh khí cầu. Tuy nhiên, bài viết trên Wikipedia không để ngỏ khả năng rằng nếu bức tường của quả cầu không vững chắc, ví dụ nếu nó được làm bằng cấu trúc tổ ong, thì nó vẫn có thể xảy ra.

Cập nhật: Rõ ràng các phép toán đã được thực hiện để chỉ ra điều này là có thể trong lý thuyết, nhưng không rõ liệu nó đã được thực hiện thành công hay chưa.


Cùng với đồng tác giả của tôi, tôi đã làm toán (phân tích phần tử hữu hạn) cho một quả cầu sandwich với tổ ong. Có thể làm một quả bóng chân không với các vật liệu hiện có. Vui lòng xem tài liệu tham khảo bằng sáng chế của chúng tôi trong bài viết Wikipedia.
akhmeteli

@akhmeteli oh wow, thật tuyệt! Bạn có thể vui lòng chỉnh sửa câu hỏi mà tôi đã nói "Tôi không biết có ai đã làm toán không" để tự trích dẫn mình là đã làm toán và kết luận của bạn là gì. Theo như tôi có thể nói bình luận trong bài viết vẫn còn ... có thể là có thể nhưng chưa được thực hiện? Chỉnh sửa của bạn sẽ phải được phê duyệt và bạn sẽ nhận được một số đại diện cho nó. Ồ, và chào mừng bạn đến Engineering.SE :)
jhabbott

Cảm ơn bạn cho các từ loại. Tôi không phải là một fan hâm mộ lớn của việc chỉnh sửa bất cứ điều gì, nhưng nếu bạn có câu hỏi, tôi sẽ cố gắng trả lời.
akhmeteli
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.